2025.7.4
COSMAX R&I
이 준 배
Rethinking Skin Delivery
Scientific Strategies for Enhancing Efficacy in Functional Cosmetics
1
Contents
1. Introduction
2. Major Issues Related to Skin Delivery
2
Skin Delivery for Cosmetic Industry
COVID-19 판데믹 이후 유효성 중시 스킨케어 시장 ↑
고성능&고효율 화장품에 대한 피부과학적 근거
각 사의 기술력을 증명할 수 있는 핵심기술
1. Introduction
일본화장품전문지 国際商業 2025년 4월 7일
3
화장품에서의 피부흡수
1. Introduction
Penetration Permeation Resorption
Dermis
Basal membrane
Vascular system
Epidermis
Stratum
corneum
(SC)
Basic criteria for the
in vitro
assessment of dermal absorption of cosmetic ingredients,
EU Scientific Committee on Consumer Safety (SCCS)
, SCCS/1358/10 (2010)
4
Current Opinion in Colloid & Interface Science 17 156-165 (2012)
피부흡수(Penetration) 경로
1. Introduction
Intercellular
5
1. Introduction
Emulsions
Cosmax
6
1. Introduction
Liquid Crystal Emulsions
Korean J. Cosmetic Sci. 1(1) (2019) 19-29
온도에 따른 액정에멀젼 형성의 과정(편광현미경 관찰)
7
1. Introduction
Nanoemulsions
Journal of Colloid and Interface Science 646 (2023) 311–319
8
1. Introduction
Liposomes
9
Cosmax
1. Introduction
SLN & NLC
Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 203 (2021) 111748
SLN (Solid Lipid Nanoparticles) – Hard Carrier
단일 고체 지질 또는 상온에서 고체인 지질 혼합물로 구성
고체 지질의 결정성으로 온도변화시 내부 Drug 불안정화 가능성
Drug의 방출 시스템이 빨리 진행
NLC (Nanostructured Lipid Carriers) – Soft Carrier
고체 지질과 오일로 구성되어 SLN 대비 입자의 결정성이 완화(무정형 증가)
안정성과 Loading 효율 개선
Drug의 방출 시스템은 상대적으로 서방형
10
2. Major Issues Related to Skin Delivery
11
피부전달체와 관련된 이슈들
2. Major Issues Related to Skin Delivery
12
10개의 주요 이슈
2-1. 피부전달체 사용목적
피부흡수 촉진으로
피부효능 향상
Efficacy Stability Safety Sensory
불안정 성분의
안정도 향상
좀 더 안전한
화장품
산뜻한 사용감으로
소비자 만족도 향상
피부전달체 사용 목적
13
2-2. 입자크기와 표면특성
작은 입자는 더 잘 들어가는가?
Exp Dermatol 2000: 9: 165–169
500 Da ≒ 지름 1 nm
분자량 1 달톤은 대략 약 0.001 nm³의 부피 차지
500 달톤 × 0.001 nm³/달톤 = 0.5 nm³
구형입자로 가정시,
r³ = (3 × 0.5 ) / (4π)
r³ ≈ 0.119
r ≈ 0.492 nm
지름 0.99 nm(≒ 1 nm)
1nm보다 큰 입자는 피부흡수가 불가한가?
14
2-2. 입자크기와 표면특성
중. 피. 표
ACS Applied Materials & Interfaces 2022 14 (32), 36331-36340
중요한 것은 피부전달체의 표면 특성
15
2-2. 입자크기와 표면특성
중. 피. 표 친구들
1) Iannuccelli V. et al. "In vivo penetration of bare and lipid-coated silica nanoparticles across the human stratum corneum" Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 2014 122:653-661
2) Graf C. et al. "Surface functionalization of silica nanoparticles supports colloidal stability in physiological media and facilitates internalization in cells" Langmuir 2012 28(20):7598-613
3) Rancan F. et al. "Skin penetration and cellular uptake of amorphous silica nanoparticles with variable size, surface functionalization, and colloidal stability" ACS Nano 2012 6(8):6829-42
4) Nafisi S. et al. "Perspectives on percutaneous penetration: Silica nanoparticles" Nanotoxicology 2015 9(5):643-57
5) Raber A.S. et al. "Quantification of nanoparticle uptake into hair follicles in pig ear and human forearm" Journal of Controlled Release 2014 179:25-32
6) Xie Y. et al. "Effect of silica nanoparticles with variable size and surface functionalization on human endothelial cell viability and angiogenic activity" Journal of Nanoparticle Research 2013 15:1776
7) Wong Y. et al. "Effect of iron and silica nanoparticles' size on in vitro human skin binding and penetration" American Journal of Toxicology 2019 1(3):154-165
8) Nohynek G.J. et al. "Grey goo on the skin? Nanotechnology, cosmetic and sunscreen safety" Critical Reviews in Toxicology 2007 37(3):251-77
9) Raszewska-Famielec M. et al. "Nanoparticles for topical application in the treatment of skin dysfunctions-an overview of dermo-cosmetic and dermatological products" I. J. Mol. Sci. 2022 23(24):15980
10) Liu J. et al. "Functional nano-systems for transdermal drug delivery and skin therapy" Nanoscale Advances 2023 5(6):1527-1558
11) Cary C. and Stapleton P. "Determinants and mechanisms of inorganic nanoparticle translocation across mammalian biological barriers" Archives of Toxicology 2023 97(8):2111-2131
12) Hao F. et al. "Epidermal Penetration of Gold Nanoparticles and Its Underlying Mechanism Based on Human Reconstructed 3D Episkin Model" ACS Applied Materials & Interfaces 2017, 9, 42577-42588
13) Gupta R. and Rai B. "Effect of Size and Surface Charge of Gold Nanoparticles on their Skin Permeability: A Molecular Dynamics Study" Scientific Reports 2017 7:45292
14) Lalloz A. et al. "Effect of surface chemistry of polymeric nanoparticles on cutaneous penetration of cholecalciferol" International Journal of Pharmaceutics 2018 553(1-2):120-131
15) Sainaga J. et al. "Lipid nanoparticles in topical dermal drug delivery: Does chemistry of lipid persuade skin penetration?" Journal of Drug Delivery Science and Technology 69 (2022) 103176
16) Abdel-Mottaleb M.M.A. "Polymeric Nano Particles as Carriers for Enhanced Skin Penetration" Percutaneous Penetration Enhancers Chemical Methods in Penetration Enhancement 2016, Ch. 12
17) R. F. M. et al. "Nanoparticles for Topical Application in the Treatment of Skin Dysfunctions-An Overview of Dermo-Cosmetic and Dermatological Products" I. J. Mol. Sci. 2022 23(24):15980
18) Prow T.W. et al. "Quantum dot penetration into viable human skin" Nanotoxicology 2012 6(2):173-185
19) Wu X. et al. "Disposition of charged nanoparticles after their topical application to the skin" Skin Pharmacology and Physiology 2010 23(3):117-123
16
2-3. 피부투과 기작
피부전달체와 각질층의 상호작용 가능성
More
permeable
Dr. Johann Wiechers (1959-2011)
The cosmetic formulation may
interact with human skin and would
change the lipid packing in skin.
This change would be helpful for skin
penetration.
J. W. Wiechers et al., IFSCC Magazine 9(1) (2006) 15-21.
17
2-3. 피부투과 기작
NMR 기반 피부전달체와 각질층의 상호작용 연구
춘계대한화장품학회 (2025.5.23, 코스맥스)
Shorter T
2s
Longer T
2l
• Strong interaction
between water-skin
• Densely ordered packing
• Weak interaction
between water-skin
• Weakly ordered packing
Sample Control C
16
-treated C
22
-treated
Short T
2s
(ms)
(Bound water)
74.2 ± 7.0 28.0 ± 2.5 44.4 ± 2.6
% A
bound
5.1 ± 1.0
15.7 ± 1.4
10.4 ± 1.0
Long T
2l
(ms)
(Free water)
2211.2 ± 9.2 5546.2 ± 57.0 4901.9 ± 35.7
% A
free
94.9 ± 1.0 84.3 ± 1.4 89.6 ± 1.0
C
16
treated skin
C
22
treated skin
Control(무처리)
유연 구조 리포좀 => 3D 인공피부 각질층의 결합수 향상
18
2-3. 피부투과 기작
춘계대한화장품학회 (2025.5.23, 코스맥스)
C
C16
formulation
라멜라 구조 두드러짐
>>피부 장벽 강화 우수
C
16
treated skin
C
22
treated skin
무처리 Skin
X-ray 기반 피부전달체와 각질층의 상호작용 연구
3D 인공피부 각질층의 멀티라멜라 구조 강화
19
2-4. 피부효능 부스팅
피부흡수 촉진을 통한 피부효능 부스팅 효과
양이온리포좀 PLUSSOME
TM
지질나노전달체 Skin Communicator
TM
1) Macromol. Biosci. 2021, 2000413
2) J Cosmet Dermatol. 2024 23(1) 236-243
3) ACS Applied Materials & Interfaces 2022 14 (32), 36331-36340
0
0.5
1
1.5
2
Change rate of skin brightness (L
-value)
음이온 리포좀 적용 양이온 리포좀 적용
**
1.7x increase
Anionic liposome Cationic liposome
20
2-5. 효능성분 봉입률
[친수성] Niacinamide in liposome
봉입률 (EE, %) =
분리 전 유효성분 − 여과액 내 유효성분
분리 전 유효성분
x 100
* 10% Niacinamide 양이온리포좀 (봉입률: 평균 28.0%)
상대적으로 낮은 봉입률
21
Cosmax
2-5. 효능성분 봉입률
[친유성] Retinol in liposome
상대적으로 높은 봉입률
MCLVs in Methanol
Actual loading yield
(%)
Target loading yield
(%)
Loading efficiency
(%)
R-LUVs
85.4
883
→ 9.67%
92.5
933
→ 9.91%
97.6 %
R-MCLVs
87.1
1883
→ 4.63%
93.5
1967
→ 4.75%
97.5 %
Loading efficiency (%) =
Actual loading yield
Target loading yield
× 100
22
Cosmax
2-6.
In vitro &
in vivo
의 상관성
지질나노입자(Lipid Nanovesicles)
LNV+ Ceramide LNV+ Ceramide + Fatty acid
23
ACS Applied Materials & Interfaces 2022 14 (32), 36331-36340
지질 첨가에 따른 나노입자 계면의 변화
지질나노입자(Lipid Nanovesicles)
Model Dye: FITC (fluorescein isothiocyanate)
Nucleus is stained with DAPI (blue fluorescent dye) for visualization purpose.
Scale bar represents 20 μm.
3D skin tissues (EpiDerm
TM
)
1.09 fold
1.54 fold
Penetration depth
Skin penetration (
in vitro
)
2-6.
In vitro &
in vivo
의 상관성
24
ACS Applied Materials & Interfaces 2022 14 (32), 36331-36340
Skin penetration (
in vivo
)
Subject 20 (Female, Avg. 44.1 yr)
IRB KHUSBC 2021-006R
Instrument 3510 SCA, River Diagnostics
2-6.
In vitro &
in vivo
의 상관성
25
ACS Applied Materials & Interfaces 2022 14 (32), 36331-36340
지질나노입자(Lipid Nanovesicles)
Skin Brightening (
in vitro
)
2-6.
In vitro &
in vivo
의 상관성
26
ACS Applied Materials & Interfaces 2022 14 (32), 36331-36340
지질나노입자(Lipid Nanovesicles)
Skin Brightening (
in vitro
)
Model Drug 2%(w/w) Arbutin
3D skin tissues SkinEthic-Brown (Phototype VI, EPISKIN)
(PBS)
2-6.
In vitro &
in vivo
의 상관성
27
ACS Applied Materials & Interfaces 2022 14 (32), 36331-36340
지질나노입자(Lipid Nanovesicles)
Skin Brightening (
in vivo
)
Subject 22 (Female, Avg. 44.2 yr)
IRB 2020021201-202008-HR-003-01
Model Drug 2%(w/w) Niacinamide
Instrument Mexameter (MX18, C.+K. electronic)
2-6.
In vitro &
in vivo
의 상관성
28
ACS Applied Materials & Interfaces 2022 14 (32), 36331-36340
지질나노입자(Lipid Nanovesicles)
2-7. 액정에멀젼(LCE)과 알파겔
Stig E. Friberg
Per Ekwal
(1895-1990)
액정에멀젼의 발견
비누 연구과정에서 지방산의 자발적인 다층구조 발견
지방산에 의한 액정상 형성의 발견 및 액정에멀젼 명명
29
2-7. 액정에멀젼(LCE)과 알파겔
액정에멀젼 연구
편광현미경 이미지만으로 액정에멀젼을 구하던 2010년대 초반
Fatty alcohol
Water
Surfactant
Water - Fatty alcohol - Surfactant phase diagrams
( : Liquid crystal, : Phase separation or crystallization)
X500, Scale bar = 10 μm
30
2-7. 액정에멀젼(LCE)과 알파겔
열역학적 안정
(결정)
열역학적 불안정
(용융)
화장품 산업 관점
(불안정)
화장품 산업 관점
(안정)
γ-crystal(solid)
석출
α-gel
Liquid crystal
Melt(Liquid)
지질(지방산 / 지방알코올)의 상거동
산업적으로 안정한 화장품은 열역학적으로 불안정한 상태
모든 제품은 열역학적 안정한 상태로 회귀(=산업적으로 불안정 상태)
좁은 Bound water 영역
넓은 Bound water 영역
31
2-7. 액정에멀젼(LCE)과 알파겔
열역학적 안정
(결정)
열역학적 불안정
(용융)
화장품 산업 관점
(불안정)
화장품 산업 관점
(안정)
γ-crystal(solid)
α-gel
Liquid crystal
Melt(Liquid)
액정과 알파겔
1) 산업적으로 안정한 화장품을 위해 지방산의 결정화 억제 전략 필요
2) 액정과 알파겔에서 모두 보이는 Maltese Cross 무늬 이슈
Maltese Cross
액정, 알파겔
32
2-7. 액정에멀젼(LCE)과 알파겔
액정과 알파겔의 구분
WAXS: Wide-Angle X-ray Scattering
J. Soc. Cosmet. Chem. Jpn. 27 (3) 193-205 (1993)
SLE(유사세라마이드)
콜레스테롤은 Cer의 결정화 억제에 도움
33
2-7. 액정에멀젼(LCE)과 알파겔
액정과 알파겔의 안정도
WAXS 피크의 변화와 DSC 엔탈피 증가는 결정화 진행을 의미
유사세라마이드/Stearic acid (안정도 유지)
WAXS (피크 불변)
DSC (엔탈피 유지)
유사세라마이드/Stearic alcohol (결정화 진행)
WAXS (피크 변화)
DSC (엔탈피 증가)
지방알콜보다 지방산이 Cer 안정화에 도움
34
J. Soc. Cosmet. Chem. Jpn. 27 (3) 193-205 (1993)
2-7. 액정에멀젼(LCE)과 알파겔
편광현미경에서 안정도 모니터링
지방산/지방알콜의 결정화 억제가 기술의 핵심
Cosmax
Day 0
2013.4.22
Day 17 Day 178
35
Day 334 Day 543
2-7. 액정에멀젼(LCE)과 알파겔
편광현미경에서의 안정도 모니터링
결정석출 (Day 4,393)
Day 4,393(상온)
2025.5.2
36
Cosmax
2-7. 액정에멀젼(LCE)과 알파겔
열역학적 안정
(결정)
열역학적 불안정
(용융)
화장품 산업 관점
(불안정)
화장품 산업 관점
(안정)
γ-crystal(solid)
α-gel
Liquid crystal
Melt(Liquid)
이상적인 제형 기술
좀 더 (화장품 산업 관점에서) 안정한 영역의 제형기술 필요
37
2-8. 세라마이드 안정화
With good friends
일반 O/W 에멀젼(Monolayer)
(a) (b)
(c)
(d)
보건신기술 NET (코스맥스 ISLCE)
(a) Lecithin
(b)Sorbitan palmitate
(c) Cetearyl glucoside
(d) 계면활성제 조합(a)~(c)
α-gel(Multilayer)
Liquid crystal(Multilayer)
Multilayer 구조 內 인접한 지질들과의 상호작용으로 결정화 억제
38
2-9. 세라마이드의 보습
Shall we dance?
세라마이드 보습의 원리는 친수성 Head 그룹에 의한 결합수
39
2-9. 세라마이드의 보습
Shall we dance?
친수성 Head 그룹 주변의 결합수 증가는 보습효과에 기여
세라마이드가 액정상 존재시 결합수 최대(결합수는 DSC로 분석)
넓은 Bound water 영역
Liquid crystal
좁은 Bound water 영역
α-gel
매우 좁은 Bound water 영역
γ-crystal(solid)
40
2-10. 안전성
EU 나노물질 규정에서 제외
41
Q&A
42
